The Spectrin-Actin-Based Periodic Cytoskeleton as a Conserved Nanoscale Scaffold and Ruler of the Neural Stem Cell Lineage

doi:10.1016/j.celrep.2018.07.005

.2018年8月7日；24(6):1512-1522.

doi:10.1016/j.celrep.2018.07.005。

基于Spectrin-Actin的周期性细胞骨架作为神经干细胞谱系的保守纳米支架和标尺

梅根·豪泽¹, 芮燕¹, 万里¹, 妮可·雷皮娜², 大卫·V·沙弗^三, 柯旭⁴

附属公司

¹加州大学伯克利分校化学系，伯克利，加州94720，美国。
²加州大学伯克利分校生物工程系，伯克利，加州94720，美国。
^三美国加州大学伯克利分校生物工程系，伯克利，加州94720；加州大学伯克利分校化学与生物分子工程系，伯克利，加利福尼亚94720，美国；美国加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所，加州伯克利，邮编94720；美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系，伯克利，加州94720。
⁴加州大学伯克利分校化学系，伯克利，加州94720，美国；美国加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所，加州伯克利，邮编94720；美国加州伯克利市劳伦斯伯克利国家实验室分子生物物理和集成生物成像部，邮编：94720；Chan Zuckerberg生物中心，旧金山，CA 94158，美国。电子地址：xuk@berkeley.edu。

PMID： 30089262
预防性维修识别码：第6119594页
内政部： 2016年10月10日/j.celrep.2018.07.005

基于Spectrin-Actin的周期性细胞骨架作为神经干细胞谱系的保守纳米支架和标尺

梅根·豪泽等。单元格代表. 2018.

.2018年8月7日；24(6):1512-1522.

doi:10.1016/j.celrep.2018.07.005。

作者

梅根·豪泽¹, 芮燕¹, 万里¹, 妮可·雷皮娜², 大卫·V·沙弗^三, 柯旭⁴

附属公司

¹加州大学伯克利分校化学系，伯克利，加州94720，美国。
²加州大学伯克利分校生物工程系，伯克利，加州94720，美国。
^三美国加州大学伯克利分校生物工程系，伯克利，加州94720；加州大学伯克利分校化学与生物分子工程系，伯克利，加利福尼亚94720，美国；美国加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所，加州伯克利，邮编94720；美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系，伯克利，加州94720。
⁴加州大学伯克利分校化学系，伯克利，加州94720，美国；美国加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所，加州伯克利，邮编94720；美国加州伯克利市劳伦斯伯克利国家实验室分子生物物理和集成生物成像部，邮编：94720；Chan Zuckerberg Biohub，San Francisco，CA 94158，USA电子地址：xuk@berkeley.edu。

PMID： 30089262
预防性维修识别码： PMC6119594型
内政部： 2016年10月10日/j.celrep.2018.07.005

摘要

通过三维STORM超分辨率显微镜，我们解析了神经干细胞（NSC）和NSC衍生神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的基于光谱-肌动蛋白的膜细胞骨架。我们发现，未分化的神经干细胞能够形成局部周期性、一维（1D）膜细胞骨架斑块，周期性约为180 nm。随着神经干细胞成熟为终末分化的神经元和神经胶质细胞类型，这种周期性结构变得越来越有序和长范围nct一D周期性“条带”主导平面2D膜。此外，我们报告了轴突-松质和轴突-少突胶质细胞接触处邻接细胞之间周期性细胞骨架的显著排列，并确定了两种粘附分子，神经筋膜蛋白和L1CAM，作为驱动这种纳米级排列的候选分子。因此，我们表明，一个保守的1D周期性膜细胞骨架基序作为纳米尺度的支架和标尺来调节NSC谱系细胞类型之间的物理相互作用。

关键词：细胞粘附分子；细胞间相互作用；膜细胞骨架；神经干细胞；周期性细胞骨架；光谱-肌动蛋白细胞骨架；超分辨率显微镜。

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作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1。 — **图1.未分化神经干细胞的肌动蛋白细胞骨架包含纳米级局部周期模式的斑块。**
（A）未分化NSC的卵磷脂标记肌动蛋白细胞骨架的3D-STORM图像。颜色表示高度z（颜色条；紫色表示距离基板最近，红色表示距离最远）。洋红色箭头指向突出的边缘。插图：沿白色虚线在xz平面上的3D-STORM数据的虚拟横截面。（B）放大（A）中的蓝色方框。（C） NSC过程的图像。（D）沿（B）和（C）中的红色、洋红和橙色方框的一维自相关。灰色网格线表示180纳米的倍数。另请参见图S1。

图2。 — **图2：未分化NSC中的加合和镜面蛋白具有与Actin晶格可公度的局部周期模式的特征。**
（A）未分化NSC腹侧（底部）膜免疫标记内收蛋白的3D-STORM图像。洋红色箭头指向一个突出的边缘。插图：NSC标记巢蛋白的免疫荧光。（B）放大（A）中的红色方框。（C）未分化NSC腹侧（底部）膜免疫标记βII谱蛋白（C末端）的3D-STORM图像。（D）（B）和（C）中橙色和洋红框的一维自相关。灰色网格线标记180纳米的倍数。另请参见图S1。

图3。 — **图3 NSC衍生星形胶质细胞和少突胶质细胞的膜细胞骨架高度周期性。**
（A） NSC-衍生星形胶质细胞的柱状肽标记肌动蛋白细胞骨架的3D-STORM图像。插图：一个过程的放大图像。（B）肌动蛋白（绿色）和GFAP（红色）的重叠表观荧光。（C）沿着（A）中的红框的一维自相关。灰色网格线表示180纳米的倍数。（D） NSC衍生少突胶质细胞免疫标记内收蛋白的3D-STORM图像。插图：放大的过程图像。（E）细胞MBP染色。（F）（D）中橙色、洋红和青色方框的一维自相关。灰色网格线表示180纳米的倍数。另请参见图S2和S3。

图4。 — **图4：发育中神经干细胞2D膜上的1D周期性细胞骨架运动拼贴。**
（A）神经干细胞向神经元转化过程中背（顶）膜上βII蛋白（C末端）的3D-STORM图像。（B）神经元标记物Tuj（神经元特异性III类β-微管蛋白；红色）和细胞βII光谱蛋白（绿色）的重叠荧光。（C）（A）中绿色、品红色和青色方框的一维自相关。灰色网格线表示180纳米的倍数。（D） NSC向星形胶质细胞转化过程中腹面（底部）膜上βII光谱蛋白（C末端）的3D-STORM图像。（E）细胞GFAP（红色）和βII光谱蛋白（绿色）染色。（F）（D）中绿色、品红色和橙色方框的一维自相关。灰色网格线表示180纳米的倍数。另请参见图S4。

图5。 — **图5接触细胞中1D周期性膜细胞骨架的排列。**
（A）初级海马神经元接触轴突的βII波谱（C端）的3D-STORM图像。洋红色箭头指向晶格失配（错位）。右：yz平面上的虚拟横截面，用于接触由橙色三角形指向的1D细胞骨架。（B）在NSC衍生的神经元和胶质细胞混合培养物中，少突胶质细胞突起顶部轴突的βII光谱蛋白（C末端）的3D-STORM图像（见图S5中的MBP染色）。右：yz平面上的一个虚拟横截面，用于红色三角形指向的接触1D细胞骨架。（C）根据（B）中的3D-STORM图像分离轴突（洋红色）和少突胶质细胞（绿色）膜细胞骨架。（D）对于（a）中橙色三角形所示的轴突-轴突接触位点周围区域（橙色曲线）和（C）中红色三角形所示的轴突-少突胶质细胞接触位点周围区域（红色曲线），两个邻接细胞的spectrin细胞骨架之间的一维空间相关性用于改变水平方向上的相对位移。（E）原代海马培养物中免疫标记的βII波谱蛋白C末端（绿色，AF647标记）和过度表达的βII波谱蛋白HA-标记C末端（洋红，CF568标记）的双色3D-STORM图像。（F）青色三角形所指的接触1D细胞骨架在yz平面中的虚拟横截面。（G和H）（E）的两个色通道分离为光谱蛋白（G）和HA-tag（H）。另请参见图S5。

图6。 — **图6细胞粘附分子在NSC衍生细胞中采用半周期性1D超微结构。**
（A） NSC衍生少突胶质细胞的神经筋膜3D-STORM图像。（B）细胞MBP染色。（C）沿着（A）中的红框的一维自相关。（D） NSC衍生神经元L1CAM的3D-STORM图像。（E）（D）中沿洋红色框的一维自相关。（F） NSC衍生少突胶质细胞中内收蛋白（绿色，标记为CF568）和L1CAM（洋红，标记为AF647）的双色STORM图像。（G和H）（F）的两个色通道分离为加合素（G）和L1CAM（H）。（一）（F）的特写镜头。（J）（F）和（I）中沿青色框变化相对位移的两个颜色通道之间的一维空间相关性。另请参见图S6。

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